实验九水的净化——离子交换法
［实验目的］
1.了解离子交换法制备纯水的基本原理；
2.掌握水质检验的原理和方法；
3.学习电导率仪的使用；
4.掌握离子交换树脂的操作方法。
［实验原理］
天然水的净化方法有：蒸馏法、电渗析法、离子交换法
离子交换法制备纯水是使自来水通过离子交换柱（内装离子交换树脂），除去杂质离子，达到净化的目的。
离子交换树脂是一种难溶性的高分子聚合物，对酸、碱及一般有机溶剂稳定。它具有网状骨架结构。在其骨架上含有许多可与溶液中的离子起交换作用的“活性基团”。根据树脂可交换活性基团的不同，可将离子交换树脂分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。
阳离子交换树脂：是树脂中的活性基团可与溶液中的阳离子进行交换，如：
R－SO3-H+R－COO-H+
R表示树脂中网状结构的骨架部分。
活性基团中含有H+，可与溶液中的阳离子交换的阳离子交换树脂称为酸性阳离子交换树脂或H型阳离子交换树脂。按活性基团酸性强弱的不同，又分为强酸性、弱酸性离子交换树脂。例如R－SO3H为强酸性离子交换树脂（如国产“732”树脂）；R－COOH为弱酸性离子交换树脂（如国产“724”树脂）。
阴离子交换树脂：是树脂中的活性基团可与溶液中的阴离子进行交换，如：
R－NH3+OH-R－N+(CH3)3
|
OH-
按活性基团碱性强弱的不同，又分为强碱性、弱碱性离子交换树脂。例如
R－N+ OH- (CH3)3为强碱性离子交换树脂（如国产“717”树脂）；为R－NH3+OH-弱碱性
离子交换树脂（如国产“701”树脂）。
当水流经过离子交换柱时，水中的Na+，Ca2+或Cl-，SO42-等离子与树脂上的活性基团中的H+或OH-进行交换：
R－SO3-H+ + Na+? R－SO3-Na+ + H+
2R－SO3-H+ + Ca2+ ? (R－SO3-)2Ca2+ + 2H+
R－N+(CH3)3 + Cl- ?R－N+(CH3)3 + OH-
| |
OH-Cl-
这样，经过离子交换柱后，交换出来的H+和OH-发生中和反应，使水得到净化。
在离子交换树脂上进行的反应是可逆的，当用一定浓度的酸碱处理树脂时，无机离子便从树脂上解脱出来，使树脂得到再生。
［基本操作］
一、电导率仪的使用
1. 预热把电源线18插入仪器电源插座11中，打开电源开关，预热30 min.。
2.校准将选择开关9指向“检查”，“常数”补偿调节旋钮8指向“1”刻度线，“温度”
补偿调节旋钮6指向“25”度线，调节“校准”调节旋钮7，使仪器显示100.00μS·cm–1，校准完毕。
3.电导电极的选择为获得较高的测量精度，要正确选择电导电极常数。可配用的常数
为0.01、0.1、1.0、10四种不同类型的电导电极。
4.电极常数的设置将量程选择开关9指向“检查”，调节温度补偿旋钮至25度，调节
“校准”补偿调节旋钮8使仪器显示100.00μS·cm–1。调节常数补偿旋钮8使仪器显示值与所需电导常数相同。
5.温度补偿的设置调节仪器面板上的温度补偿调节旋钮6，使其指向待测溶液的实际
温度值，则测量得到的待测溶液经过温度补偿后折算成25℃下的电导率值。
6.测量电极使用时，用电极夹夹紧电极的胶木帽，并通过电极夹把电极固定在电极杆
上，将电极浸入待测液中。将量程选择开关9按所需量程调节。
7.读数所测量的电导率=显示读数×电极常数
如：当电极常数为0.01时，所测量的电导率=显示读数×0.01。
二、离子交换树脂的预处理，装柱和树脂再生
1.树脂的预处理
(1)阳离子交换树脂的预处理：用水将树脂冲至无色后，改用纯水浸泡4～8h，再用5
％HCl浸泡4h。倾去HCl溶液，用纯水洗至pH＝3～4。纯水浸泡备用。
(2)阴离子交换树脂的预处理：将树脂如同上法漂洗和浸泡后，用
5%NaOH溶液浸泡4h。倾去NaOH溶液，用纯水洗至pH＝8～9。
纯水浸泡备用。
2.装柱
在离子交换柱下端放入少量玻璃棉（经防树脂漏出），然后装入蒸馏
水至交换柱的1/3高，排除柱下部和玻璃棉中的空气。将处理好的树脂混
合后与水一起加入交换柱中，与此同时打开交换柱下端的夹子，让水缓慢
流出（水流的速度不能太快，防止树脂露出水面），使树脂自然沉降。装柱时防止树脂层中夹有气泡。装柱完毕后，在树脂层上盖一层玻璃棉，以防加入溶液时把树脂冲起。
3.树脂的再生
树脂使用一段时间失去正常的交换能力，可按如下方法进行再生：
(1) 阴离子交换树脂的再生：
用自来水漂洗树脂2～3次，倾出水后加入5％NaOH浸泡20min，再用适量5％NaOH 洗涤2～3次，最后用纯水洗至流出液pH＝8～9。
(2) 阳离子交换树脂的再生：
用自来水漂洗树脂2～3次，倾出水后加入5％HCl浸泡20min，再用适量5％HCl洗涤2～3次，最后用纯水洗至检不出Cl-，流出液pH≈6。
［实验内容］
1. 装柱
分别在离子交换柱中装入2/3高的阳离子交换树脂和阴离子交换树脂，并保持水面高出树脂2～3cm。
2.纯水的制备
将自来水通入交换柱，控制出水的流速为4～6mL/min。流出的水约50mL后，截取流出液做水质检验。
3.水质的检验
分别用电导率仪和化学试剂对水质进行检验：
样品水
检出项目检出方法
自来水阳离子阴离子混合柱电导率测电导率（μS·cm-1）
pH PH试纸
Ca2+加入1滴2 mol·L-1NaOH和1滴钙试剂，观察有无红色溶液生成
Mg2+加入1滴2 mol·L-1NaOH和1滴镁试剂，观察有无天蓝色沉淀生成
Cl-加入1滴2 mol·L-1HNO3和1滴0.1 mol·L-1AgNO3，观察有无白色沉淀生成
SO42-加入1滴1 mol·L-1BaSO4，观察有无白色沉淀生成
实验2 离子交换法制备去离子水 一、实验目的 1．了解离子交换法的原理。 2．掌握离子交换柱的制作方法及去离子水的制备方法。 3．学习电导率仪的使用及水中常见离子的定性鉴定方法。 二、实验原理 1．离子原理 无论是工农业生产用水、日常生活用水，还是科研实验用水，对水质都有一定的要求。在天然水或者自来水中含有各种各样的无机和有机杂质，常见的无机 杂质有+2Mg 、+2Ca 、-23CO 、-3HCO 、-Cl 离子及某些气体。常见的处理方法有 蒸馏法、电渗析法和离子交换法。本实验中主要介绍离子交换法的原理及应用。 离子交换法中起核心作用的物质就是离子交换树脂，它是一种具有网状结构的有机高分子聚合物，由本体和交换基团两部分组成，其中本体起的是载体作用，而本体上附着的交换基团才是活性成分。根据活性基团类型的不同，可以把离子交换树脂分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。 典型的阳离子交换树脂是磺酸盐型交换树脂，其结构为 其中H +离子可以电离，进入溶液，并与溶液中阳离子如+Na 、+2Mg 、+ 2Ca 离子等进行交换，故名为阳离子交换树脂。 典型的阴离子交换树脂如季铵盐型离子交换树脂，其结构为 其中-OH 离子可以电离进入溶液，并与溶液中阴离子-24SO 、- CI 离子等进行 交换，故名为阴离子交换树 脂 等净化的水分别经过阴 离子交换树脂后，杂
质离子被+H 离子和-OH 离子所取代，最后通过中和反应 结合生成水，达到净化的 目的。值得指出的是离子交换法只 能对水中电解质杂质有较好的净化作用，而对其他类型杂质如有机杂质是无能为力的。 实际生产时，将离子交换树脂装填入容器状管道中，做成离子交换柱（见图3.28），一个阳离子交换柱和一个阴离子交换柱串联在一起使用，称为一级离子交换法水处理装置（图3.29）。该装置串联的级数越多，去杂质的效果显然越好。实际上实验室里使用的所谓蒸馏水，有很多就是通过离子交换法制得的。 离子换柱在使用过一段时间后，柱内树脂的离子交换能力会出现下降，解决办法是分别让NaOH 溶液和HCl 溶液流过失效的阳离子和阴离子交换树脂，这一过程叫做离子交换树脂的再生。 2．水质的检验 由于纯水中只含有微量的+H 离子和-OH 离子，所以电导率极小，如果水中含有电解质杂质，会使得水的电导率明显增大。故用电导率仪测定水样的电导率大小，可以估计出水样的纯度。 另外还可以用化学方法对水样中常见离子进行定性鉴定： （1）-C1离子：用3AgNO 溶液鉴定。 （2）- 24SO 离子：用2BaC1溶液鉴定。 （3）+2Mg 离子：在pH 约为8～11的溶液中，用铬黑T 检验+2Mg 离子。若无+2Mg 离子，溶液呈蓝色；若有+2Mg 离子存在，则与铬黑T 形成酒红色的
离子交换层析介质的应用 离子交换层析分离纯化生物大分子的过程，主要是利用各种分子的可离解性、离子的净电荷、表面电荷分布的电性差异而进行选择分离的。现已成为分离纯化生化制品、蛋白质、多肽等物质中使用最频繁的纯化技术之一。 子交换层析（Ion Exchange Chromatography 简称为IEC）是以离子交换剂为固定相，依据流动相中的组分离子与交换剂上的平衡离子进行可逆交换时的结合力大小的差别而进行分离的一种层析方法。离子交换层析是目前生物化学领域中常用的一种层析方法，广泛的应用于各种生化物质如氨基酸、蛋白、糖类、核苷酸等的分离纯化。 1.离子交换层析的基本原理： 离子交换层析是通过带电的溶质分子与离子交换层析介质中可交换离子进行交换而达到分离纯化的方法，也可以认为是蛋白质分子中带电的氨基酸与带相反电荷的介质的骨架相互作用而达到分离纯化的方法。 离子交换层析法主要依赖电荷间的相互作用，利用带电分子中电荷的微小差异而进行分离，具有较高的分离容量。几乎所有的生物大分子都是极性的，都可使其带电，所以离子交换层析法已广泛用于生物大分子的分离、中等纯化及精制的各个步骤中。 由于离子交换层析法分辨率高，工作容量大，并容易操作，因此它不但在医药、化工、食品等领域成为独立的操作单元，也已成为蛋白质、多肽、核酸及大部分发酵产物分离纯化的一种重要的方法。目前，在生化分离中约有75%的工艺采用离子交换层析法。 2.离子交换层析介质： 离子交换层析的固定相是离子交换剂，它是由一类不溶于水的惰性高分子聚合物基质通过一定的化学反应共价结合上某种电荷基团形成的。离子交换剂可以分为三部分：高分子聚合物基质、电荷基团和平衡离子。电荷基团与高分子聚合物共价结合，形成一个带电的可进行离子交换的基团。平衡离子是结合于电荷基团上的相反离子，它能与溶液中其它的离子基团发生可逆的交换反应。平衡离子带正电的离子交换剂能与带正电的离子基团发生交换作用，称为阳离子交换剂；平衡离子带负电的离子交换剂与带负电的离子基团发生交换作用，称为阴离子交换剂。在一定条件下，溶液中的某种离子基团可以把平衡离子置换出来，并通过电荷基团结合到固定相上，而平衡离子则进入流动相，这就是离子交换层析的基本置换反应。通过在不同条件下的多次置换反应，就可以对溶液中不同的离子基团进行分离。下面以阴离子交换剂为例简单介绍离子交换层析的基本分离过程。 阴离子交换剂的电荷基团带正电，装柱平衡后，与缓冲溶液中的带负电的平衡离子结合。待分离溶液中可能有正电基团、负电基团和中性基团。加样后，负电基团可以与平衡离子进行可逆的置换反应，而结合到离子交换剂上。而正电基团和中性基团则不能与离子交换剂结合，随流动相流出而被去除。通过选择合适的洗脱方式和洗脱液，如增加离子强度的梯度洗脱。随着洗脱液离子强度的增加，洗脱液中的离子可
离子交换法 早在古希腊时期人们就会用特定的黏土纯化海水.算是比较早的离子交换法.这些黏土主要是沸石....离子交换树脂都是用有机合成方法制成。常用的原料为苯乙烯或丙烯酸(酯)，通过聚合反应生成具有三维空间立体网络结构的骨架，再在骨架上导入不同类型的化学活性基团(通常为酸性或碱性基团)而制成。例:苯乙烯型树脂的合成可分为阴离子类型和阳离子类型. 一．定义 离子交换法(ionexchangeprocess)是液相中的离子和固相中离子间所进行的一种可逆性化学反应，当液相中的某些离子较为离子交换固体所喜好时，便会被离子交换固体吸附，为维持水溶液的电中性,所以离子交换固体必须释出等价离子回溶液中。二．原理 离子交换法是以圆球形树脂(离子交换树脂)过滤原水,水中的离子会与固定在树脂上的离子交换.常见的两种离子交换方法分别是硬水软化和去离子法.硬水软化主要是用在反渗透(RO)处理之前,先将水质硬度降低的一种前处理程序.软化机里面的球状树脂,以两个钠离子交换一个钙离子或镁离子的方式来软化水质. 离子交换树脂利用氢离子交换阳离子，而以氢氧根离子交换阴离子；以包含磺酸根的苯乙烯和二乙烯苯制成的阳离子交换树
脂会以氢离子交换碰到的各种阳离子(例如Na+、Ca2+、Al3+)。同样,以包含季铵盐的苯乙烯制成的阴离子交换树脂会以氢氧根离子交换碰到的各种阴离子(如Cl-)。从阳离子交换树脂释出的氢离子与从阴离子交换树脂释出的氢氧根离子相结合后生成纯水。 阴阳离子交换树脂可被分别包装在不同的离子交换床中，分成所谓的阴离子交换床和阳离子交换床。也可以将阳离子交换树脂与阴离子交换树脂混在一起，置于同一个离子交换床中。不论是那一种形式，当树脂与水中带电荷的杂质交换完树脂上的氢离子及(或)氢氧根离子，就必须进行“再生”。再生的程序恰与纯化的程序相反，利用氢离子及氢氧根离子进行再生，交换附着在离子交换树脂上的杂质。 三．纯化方法 若将离子交换法与其他纯化水质方法(例如反渗透法、过滤法和活性碳吸附法)组合应用时，则离子交换法在整个纯化系统中，将扮演非常重要的一个部分。离子交换法能有效的去除离子，却无法有效的去除大部分的有机物或微生物。而微生物可附着在树脂上，并以树脂作为培养基，使得微生物可快速生长并产生热源。因此，需配合其他的纯化方法设计使用。 四．离子交换树脂 离子交换树脂一般呈现多孔状或颗粒状，其大小约为0.1~1mm。其离子交换能力依其交换能力特征可分：
精心整理如何筛分混合的阴阳离子交换树脂？ 离子交换树脂的工作原理及优缺点分析 将离子性官能基结合在树脂（有机高分子）上的材料，称之为“离子交换树脂”。树脂表面带有磺酸(sulfonic acid) 者，称为阳离子交换树脂，而带有四级氨离子的，则为阴离子交换树脂。由於离子交换树脂可以有效去除水中阴阳离子，所以经常使用於纯水、超纯水的制造程序中。(见下图) 离子交换树脂上的官能基虽可去除原水(Feed water) (Fouling)。方。 原理 软水，这是软化水设备的工作过程。 当树脂上的大量功能基团与钙镁离子结合后，树脂的软化能力下降，可以用氯化钠溶液流过树脂，此时溶液中的钠离子含量高，功能基团会释放出钙镁离子而与钠离子结合，这样树脂就恢复了交换能力，这个过程叫作“再生”。
由于实际工作的需要，软化水设备的标准工作流程主要包括：工作(有时叫做产水，下同)、反洗、吸盐(再生)、慢冲洗(置换)、快冲洗五个过程。不同软化水设备的所有工序非常接近，只是由于实际工艺的不同或控制的需要，可能会有一些附加的流程。任何以钠离子交换为基础的软化水设备都是在这五个流程的基础上发展来的(其中，全自动软化水设备会增加盐水重注过程)。 反洗：工作一段时间后的设备，会在树脂上部拦截很多由原水带来的污物，把这些污物除去后，离子交换树脂才能完全曝露出来，再生的效果才能得到保证。反洗过程就是水从树脂的底部洗入，从顶部流出，这样可以把顶部拦截下来的污物冲走。这个过程一般 需要5-15分钟左右。 吸盐(再生) (只要进水有一定的压力即可) 慢冲洗(置换) 应用 1）水处理 水处理领域离子交换树脂的需求量很大，约占离子交换树脂产量的90%，用于水中的各种阴阳离子的去除。目前，离子交换树脂的最大消耗量是用在火力发电厂的纯水处理上，其次是原子能、半导体、电子工业等。
第八章离子交换法 一、填空题 1、离子交换剂由、和组成。平衡离子带 为阳离子交换树脂，平衡离子带称阴离子交换树脂。 2、常见的离子交换剂有，，等。 3、离子交换树脂的基本要求有、、 、和。 4、影响离子交换选择性的因素主要有、、 、、等。 5、请写出下列离子交换剂的名称和类型：CM-C的名称是，属于交换纤维素; DEAE-C的名称是，属于交换纤维素;。 6、色谱聚焦（chromatofocusing）是一种高分辨的新型的蛋白质纯化技术。它是根据，结合，能分离几百毫克蛋白质样品，洗脱峰被聚焦效应浓缩，分辨率很高，操作简单。 7、写出下列离子交换剂类型：732 ，724 ，717 ，CM-C ,DEAE-C ，PBE94 。 8、在采用多缓冲阴离子交换剂作固定相的离子交换聚焦色谱过程中，当柱中某位点之pH 值下降到蛋白质组分值以下时，它因带电荷而，如果柱中有两种蛋白组分，pI值较者会超过另一组分，移动至柱下部pH较的位点进行。 9、影响离子交换选择性的因素有、、、 、。 二、选择题 1、用钠型阳离子交换树脂处理氨基酸时，吸附量很低，这是因为（） A.偶极排斥 B.离子竞争 C.解离低 D.其它 2、在酸性条件下用下列哪种树脂吸附氨基酸有较大的交换容量（） A.羟型阴 B.氯型阴 C.氢型阳 D.钠型阳 3、在尼柯尔斯基方程式中，K值为离子交换常数，K＞1说明树脂对交换离子吸引力（） A.小于平衡离子 B.大于平衡离子 C.等于平衡离子 D.其它
三、名词解释 1、蛇笼树脂： 2、尼柯尔斯基方程式： 3、偶极离子排斥作用： 四、问答题 1、简述离子交换纤维素的特点有哪些？ 2、请以CM-C 为例说明离子交换纤维素分离纯化蛋白质时的洗脱方法有哪些？并说出各种方法的洗脱原理。 3、请以DEAE-C 为例说明离子交换纤维素分离纯化蛋白质时的洗脱方法有哪些？并说出各种方法的洗脱原理。 4、由下图，利用给出的两种离子交换剂（E 1，E 2）分离3种蛋白质（P 1、P 2、P 3），用箭头流 程图表示(并指出E 1，E 2的类型)。 5、下图为离子交换法应用实例，请填写生产工艺流程中的空格（可选因素：阴离子交换树脂，阳离子交换树脂， 0.05mol/L 氨水，0.1mol/L 氨水，2mol/L 氨水）。简述从“滤液”开始，以后步骤的分离原理？
实验二离子交换法制备纯水 一、实验目的 1．了解离子交换法制纯水的基本原理，掌握其操作方法； 2．掌握水质检验的原理和方法； 二、实验原理 离子交换法是目前广泛采用的制备纯水的方法之一。水的净化过程是在离子交换树脂上进行的。离子交换树脂是有机高分子聚合物，它是由交换剂本体和交换基团两部分组成的。例如，聚苯乙烯磺酸型强酸性阳离子交换树脂就是苯乙烯和一定量的二乙烯苯的共聚物，经过浓硫酸处理，在共聚物的苯环上引入磺酸基(–SO3H)而成。其中的H+可以在溶液中游离，并与金属离子进行交换。 R–SO3H + M+R–SO3M + H+ R：聚合物的本体；–SO3：与本体联结的固定部分，不能游离和交换；M+：代表一价金属离子。阳离子交换树脂可表示为： 如果在共聚物的本体上引入各种胺基，就成为阴离子交换树脂。例如，季胺型强碱性阴离子交换树R–N+(CH3)3OH–，其中OH–在溶液中可以游离，并与阴离子交换。 离子交换法制纯水的原理就是基于树脂和天然水中各种离子间的可交换性。例如，R–SO3H 型阳离子交换树脂，交换基团中的H+可与天然水中的各种阳离子进行交换，使天然水中的Ca2+、Mg2+、Na+、K+等离子结合到树脂上，而H+进入水中，于是就除去了水中的金属阳离子杂质。水通过阴离子交换树脂时，交换基团中的OH–具有可交换性，将HCO3–、Cl–、SO42–等离子除去，而交换出来的OH–与H+发生中和反应，这样就得到了高纯水。 交换反应可简单表示为： 2R–SO3H + Ca(HCO3)2→ (R–SO3)2Ca + 2H2CO3 R–SO3H + NaCl → R–SO3Na + HCl R–N(CH)3OH + NaHCO3→ R–N(CH)3HCO3 + NaOH R–N(CH)3OH + H2CO3→ R–N(CH)3HCO3 + H2O HCl + NaOH → H2O + NaCl 本实验用自来水通过混合阳、阴离子交换树脂来制备纯水。 [实验用品] 仪器：离子交换柱(也可用碱式滴定管代替)。 材料：玻璃纤维(棉花)、乳胶管、螺旋夹、pH试纸。 固体药品：717强碱性阴离子交换树脂、732强酸性阳离子交换树脂。 液体药品：NaOH(2mol·L-1)、HCl(2mol·L-1)、AgNO3(0.1mol·L-1)、NH3–NH4Cl缓冲溶液(pH=10)、铬黑T指示剂。 三、实验步骤 1．树脂的预处理 将717(201×7)强碱性阴离子交换树脂用NaOH(2mol·L-1)浸泡24小时，使其充分转为OH-型（由教师处理）。取OH-型阴离子交换树脂10mL，放入烧杯中，待树脂沉降后倾去碱液。加20mL 蒸馏水搅拌、洗涤、待树脂沉降后，倾去上层溶液，将水尽量倒净，重复洗涤至接近中性(用pH 试纸检验，pH=7～8)。 将732(001×7)强酸性阳离子交换树脂用HCl(2mol·L-1)浸泡24小时，使其充分转为H+型（由教师处理）。取H+型阳离子交换树脂5mL,于烧杯中,待树脂沉降后倾去上层酸液，用蒸馏水洗涤树脂，每次大约20mL，洗至接近中性(用pH试纸检验pH=5～6)。 最后，把已处理好的阳、阴离子交换树脂混合均匀。 2．装柱
蛋白纯化离子交换层析 研究生的生活，单调的科研，重复的脚印，匆匆的轨迹，踩着早上的时光一如往常的走进实验室，摊开实验记录本，写上日期，就像每天写日记一样开始计划今天的实验日记，用笔似乎要绘制一副有关实验的画面。 如果你处在这样的科研氛围里，慢慢的就会体味到科学本身就像窗外的大自然一样的美，绿色撩人，诗意陶醉…… 今天，我们写下的实验日记——蛋白纯化离子交换层析法，文章详细的总结了离子交换层析的定义、离子交换层析的原理、离子交换剂的种类，似乎要提醒一下脑子要保持清醒了，不然，看完之后，你能分清楚阴阳离子交换剂的概念，熟知它们的区别么？ ————你会创造规律科研生活的美 我，生在春天里，刚发芽的地方是实验室 知了也睡了，而我刷夜实验室 因为我在等待秋天收获的季节 虽然有可能错过成功的喜悦，却收获心灵上的成长
离子交换层析技术是以离子交换剂为固定相，常见的离子交换剂是由一类不溶于水的惰性高分子聚合物基质，通过共价键结合某种电荷基团，形成带电基质，带异性电荷的平衡离子能够通过静电力作用结合在电荷基质上，而平衡离子能够与样品流动相中的离子基团发生可逆交换而吸附在交换剂上，不同带电荷蛋白间结合吸附固定相的能力不同。离子交换技术就是根据蛋白质样品间带电性质的差别而进行分离的一种层析方法。 常见的离子交换剂有离子交换纤维素、离子交换树脂和离子交换葡聚糖凝胶。根据与高分子聚合物基质共价结合的电荷基团的性质不同，可以将离子交换剂分为阳离子交换剂和阴离子交换剂，在阳离子交换剂中，带正电荷的平衡离子能够和流动相中带正电荷的离子基团进行交换。例如DEAE纤维素阳离子交换剂，当纤维素交换剂分子上结合阳离子基团二乙氨乙基（DEAE）时，形成阳离子纤维素—O—C6 H14N+H，可与带负电荷的蛋白质进行结合，交换阴离子。 根据与高分子聚合物基质共价结合的电荷基团的解离度不同，又可以分为强酸型、中等酸型、弱酸型三类阳离子交换剂，强酸型离子交换剂在较大的pH范围内电荷基团完全解离，而弱酸型只能在较小的pH范围内完全解离，如结合羧甲基的离子交换剂在pH小于6时就失去了交换能力。 强酸型阳离子交换剂一般结合的基团有：磺酸甲基、磺酸乙基；中等酸型阳离子交换剂有：磷酸基团和亚磷酸基团；弱酸型离子交换剂有：酚羟基和羧基类； 在阴离子交换剂中，带负电荷的平衡离子能与流动相中带负电的离子基团进行交换，例如阴离子交换剂CM纤维素，当纤维素交换剂分子上结合羧甲基（CM）时，形成带有负电荷的阴离子（纤维素－O－CH2－COO一），可与带正电荷蛋白质结合，交换阳离子。 根据与高分子聚合物基质共价结合的电荷基团的解离度不同，可分为强碱型、中等碱型、弱碱型阴离子交换剂。一般结合季胺基团基质的交换剂为强碱型离子交换剂，结合叔胺、仲胺、伯胺等为中等或者弱碱型离子交换剂。 蛋白质是两性电解质，当溶液的pH值与蛋白质等电点相同时，蛋白质的静
离子交换树脂的制备方法 离子交换树脂的发展是以缩聚产品开始的，然后出现了加聚产品，在合成离子交换树脂的初期，主要是以缩聚型为主，但是合成的树脂难以成球状并且化学稳定性较差，机械强度不好，在使用过程中常有可溶性物质渗出。现在使用的离子交换树脂几乎都是加聚产品。 一、苯乙烯系离子交换树脂的合成 苯乙烯系离子交换树脂是苯乙烯和二乙烯苯（DVB）在水相中进行悬浮共聚合得到共聚物珠体，然后向共聚体中引入可离子化的基团而合成的。苯乙烯系离子交换树脂的用量占离子交换树脂总用量的95%以上，这是因为苯乙烯单体相对便宜并可大量得到，并且不易因氧化、水解或高温而降解。聚苯乙烯树脂以聚苯乙烯为骨架，与小分子的功能基以化学键的形式结合，因此既保留了原有低分子的各种优良性能，又由于高分子效应可增添新的功能，这使得离子交换树脂的性能大幅度提高，品种成倍地增加，应用范围迅速扩大，大大促进了化工企业、制药工业、环保等行业的发展，对世界经济、政治、军事的发展产生了巨大的影响【1】。 将苯乙烯，二乙烯苯进行悬浮共聚，加入分散稳定剂，在搅拌的条件下可以得到粒度合适，大小均匀的球状共聚体（PS）。稳定剂的性质、搅拌条件、温度等因素对悬浮聚合的影响很大。用难溶性无机物微粉末作悬浮稳定剂时，得到的聚合球粒大小比较均匀，并且在微粉末稳定剂用量相同时，粉末越细，得到的球粒越小。在苯乙烯，二乙烯苯悬浮共聚时加入沉淀剂、良溶剂或线型高聚物等做致孔剂，聚合结束后将致孔剂提取出来，得到多孔性的共聚物【2】（Pst型，称为大孔树脂）。把这种共聚物进一步制成离子交换树脂，发现其离子交换速度加快，机械强度增大，稳定性增强。由于这类树脂其具有与活性炭类似的吸附能力【3】，可以回收吸附质，所以被广泛用于有机物的分离纯化【4】、工业有机废水的处理【5-6】、生化产品【7】等。值得注意的是，在合成大孔共聚物时，为保证孔结构的稳定，交联剂用量比合成凝胶型时要多。王亚宁等【8】以液体石蜡、甲苯和环己酮作致孔剂，采用悬浮聚合合成大孔吸附树脂，研究了单体和致孔剂组成对孔结构的影响。V everka等【9】将大孔型低交联苯乙烯-二乙烯苯（PSt-DVB）共聚物（DVB含量在2 % ~ 8 %之间）在二氯乙烷、硝基苯或其混合溶剂中充分溶胀后，在一定温度及催化剂存在下与交联剂发生后交联反应，制得高比表面积（约1000m2/g）及包含微孔、中孔结构的超高交联聚苯乙烯树脂。 二、丙烯酸系离子交换树脂的合成 1. 丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂的合成 丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯与二乙烯苯进行自由基悬浮共聚合，然后在强酸或强碱条件下使酯基水解，可得到丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂。由丙烯酸甲酯制得的弱酸性阳离子交换树脂有较高的交换容量，因此应由也较广。 2. 丙烯酸系碱性阴离子交换树脂的合成 聚丙烯酸甲酯与多胺反应，形成含有氨基的弱碱性阴离子交换树脂。多乙烯多胺中的任何一个氨基都有可能与酯基反应。一个多乙烯多胺分子中也可能有多于一个的氨基参与反应，结果产生附加交联。由于附加交联的形成，由丙烯酸甲酯与二乙烯苯形成的共聚物与多乙烯多胺反应，仍可形成机械强度高的弱碱性阴离子交换树脂。 三、缩聚型离子交换树脂的合成 1．缩聚型强酸性阳离子交换树脂的合成 可通过两种方法由苯酚、甲醛和硫酸合成缩聚型强酸性阳离子交换树脂。第一种方法为甲醛与苯酚缩聚，然后用硫酸磺化酚醛缩聚物；第二种方法为先合成苯酚磺酸，接着与甲醛缩聚。 第二种方法更可取。具体合成方法是：将硫酸加到苯酚中，在100℃搅拌4h，生成苯
离子交换层析柱的装填及处理 一、原理： 有些高分子物质含有一些可以分离的基因，例如-SO3H，-COOH等，因此可以和溶液中的离子产生交换反应。如：R-SO3H＋M+ R-S3M＋H+ 或R-NH3OH＋CL－— R-NH3CL＋OH －这类高分子物质通称离子交换剂，其中使用最普遍的是离子交换树脂。由于一定的离子交换剂对不同离子的亲和力不同，因此在洗提过程中，不同的离子在离子交换柱上的迁移速度也不同，最后得到分离。 二、目的与要求： 本实验是采用Zerolit225型阳离子交换树脂所装的柱，选以特定的PH缓冲洗脱液来分离含有两个性质不同的氨基酸溶液。通过实验要求掌握装柱、上样、洗脱、收集等离子交换柱层析技术的要点。 三、仪器与装置： 玻璃层析柱：长19cm，内径1、2cm，3# 砂芯。H L-2型恒流泵。H D-4型电脑核酸蛋白检测仪。B S-100A自动部份收集器。 250ml烧杯。 1ml吸管。 水浴锅。 72型（或721型）分光光度计。
四、试剂与药品： 树脂：Zerolit225型阳离子交换树脂。 洗脱液：0、45N，PH5、3柠檬酸缓冲液，取285g柠檬酸 （C6O7H8?H2O）；186g97℅NaOH；105ml浓硫酸溶于水中稀释至10升。 样品液：0、005M ASP和LYs的0、02N HCL混合溶液。 显色剂：显色剂列出两种可任选一种。 显色剂（Ⅰ）茚三酮-TiCL3溶液。 10g茚三酮溶于500ml乙二醇甲醚，再加入0、85 ml TiCL3（15%）显色剂（Ⅱ）：茚三酮-KCN溶液。 0、1M KCN:0、1628g KCN溶于水中稀释至250ml A、将1、25g茚三酮溶于25ml乙二醇甲醚，配成5%（W/V）浓度的溶液。B 、将2、5ml 0、01M KCN溶液与125ml乙醇甲醚混合。将A和B合并置棕色瓶中过夜即可使用。此溶剂用时， A、B两溶液在前一天合并，配好的溶液仅能在1-2天内使用，过时失效须重配。 五、方法与步骤： 1、树脂的处理： 关于市售新树脂的处理见 7、，本实验采用处理好的树脂。 2、装柱：将层析柱垂直装好，关闭柱底出口，在柱内注入约1cm高的柠檬酸缓冲液。
离子交换法的发展趋势及应用 1、离子交换分离法的发展 离子交换技术有相当长的历史，早在1850 年就发现了土壤吸收铵盐时的离子交换现象，但离子交换作为一种现代分离手段,是在20 世纪40 年代人工合成了离子交换树脂以后的事。而某些经过磺化制得的天然产物都可用作离子交换剂。随着技术的发展研究制成了许多种性能优良的离子交换树脂，离子交换树脂是应用最广泛的离子交换剂。离子交换的选择性较高，适用于高纯度的分离和净化。 70 多年来离子交换分离法取得了突飞猛进的进展，随着近现代有机合成工业技术的迅速发展，开发了多种新的应用方法，应用范围日益扩大，已经由最初的水处理工业发展到当前的化工、电力、环境科学、食品加工和医疗药物等领域，特别是高新科技产业和科研领域中应用更加广泛。 2、离子交换分离法的应用 1）重金属污水处理工业 近年来，一种将传统的离子交换与电渗析有机结合的技术——电去离子技术引起了人们的注意。电去离子技术是在电场的作用下将离子交换膜和离子交换树脂相结合，实现离子的深度脱除与浓缩的新型离子分离过程。将离子交换与电渗析有机的结合起来，具有离子交换深度除盐和电渗析连续除盐的优点，同时弥补了电渗析的浓差极化所造成的不良影响，而且避免了离子交换树脂酸碱再生所造成的二次污染。此外，在超纯水生产领域，目前将电去离子技术置于反渗透之后以取代传统的离子交换混床，已成为新一代清洁生产工艺的核心技术。随着研究的不断深入，电去离子技术将成为具有很大发展潜力的重金属废水处理技术，实现废水“零排放”。 2）食品工业 离子交换树脂是食品和发酵工业产物中提纯、分离、浓缩、催化的良好材料。它广泛的应用于糖液的脱色、脱盐、软化，副产物的回收、分离、异构体拆分和 ，调节pH，葡萄糖与果糖的分离等。(1)在制酒工业中对酒类的去浊去酸去碱去SO 2 提取酒糟中的柠檬酸以及调节控制酿酒用水的水质；(2)在乳制品工业中提高乳制品的稳定性，调整乳制品中钙的含量，去除乳清中盐的含量；(3)其他方面的应用如油脂中脱酸脱咖啡因去金属离子；(4)食品添加剂的纯化、食品调味剂如
1离子交换法合成m-LiMnO2 在空气中高温固相反应合成了层状单斜结构前驱体α-NaMnO2,在不同条件 下进行离子交换反应, 得到m-LiMnO2。 2.2.1.1 Mn2O3的制备以电解MnO2为原料在高温下煅烧，温度控制在800℃， 煅烧时间为12h，然后将样品随炉冷却至室温 2.2.1.2 α-NaMnO2前驱体的合成将Mn2O3和无水Na2CO3按物质的量比1∶1.1 混合，于玛瑙研钵中充分研磨使其混合均匀，然后于箱式电阻炉中进行煅烧。在空气中升温至指定温度（800℃）后恒温24h，在空气中淬火。充分研磨后，再于800℃焙烧24h，制得NaMnO2，样品随炉冷却。 2.2.1.3 m-LiMnO2的合成按摩尔比8∶1 称取一定质量的LiBr和α-NaMnO2，将LiBr在一定正己醇中完全溶解，配制为5mol/L溶液，然后加入α-NaMnO2摇匀，在145-154 ℃下加热沸腾回流8h左右。冷却至室温，将混合液过滤，沉淀物用1-正己醇和乙醇洗涤，然后干燥备用。 2实验部分 以Co(NO3)2、Ni(NO3)2、MnAc2 和LiNO3 为原料，按r(Li: Co:Ni:Mn)=1.05:0.10:0.10:1.80 进行配料，溶解混匀后置于超声场（220 W，32 kHz）中作用20 min，同时逐滴滴加氨水调节pH 值为7.5，得到前驱物沉淀（同时作无超声作用的对比），然后在可控电炉上于110℃蒸发浓缩至干燥得前驱物。前驱物在350℃烧结2 h，取出研磨后于550℃预烧10 h，780℃下通空气烧结50 h，再于500℃回火5 h。所得产物采用高锰酸钾容量法[9]、硫酸亚铁铵容量[10]作Mn 含量和平均价态的容量分析；采用JL—1166 型激光粒度测试仪测定产物的粒度分布和平均粒径；用Philips 公司X`PertproMPD X 射线衍射仪作物相分析；用日本日立扫描电镜（S—450）和美国X 射线能量色散谱仪（EDAX 9100/60）作形貌观察和元素含量半定量分析。将产物按ζ（掺杂锰酸锂（活性物）:导电炭黑（导电剂）:LA132（粘结剂））
实验二离子交换层析纯化兔血清IgG 【原理】 DEAE-Sephadex A-50 （二乙氨基- 乙基- 葡萄糖凝胶A-50 ）为弱碱性阴离子交换剂。用NaOH 将Cl - 型转变为OH - 型后，可吸附酸性蛋白。血清中的γ 球蛋白属于中性蛋白（等电点为pH6.85 ～7.5 ），其余均属酸性蛋白。pH7.2 ～7.4 的环境中。酸性蛋白均被DEAE-Sephadex A-50 吸附，只有γ 球蛋白便可在洗脱液中先流出，而其他蛋白则被吸附在柱上，从而便可分离获得纯化的IgG 。 【试剂与器材】 1. DEAE-Sephadex A-50 2.0.5mol/L HCl 和NaOH 3.0.1mol/L pH7.4 PBS 4.0.1mol/L Tris-HCl(pH7.4)
5.0.02 ％NaN 3 6.PEG 7. 无水乙醇 8. 紫外分光光度计 9.1cm×20cm 玻璃层析柱 10. 自动部分收集器 【操作步骤】 1 ．DEAE-Sephadex A-50 预处理称DEAE-Sephadex A-50 （下称A-50 ）5g ，悬于500ml 蒸馏水内，1h 后倾去上层细粒。按每克A-50 加0.5mol/L NaOH 15ml 的比例，将浸泡于0.5mol/L NaOH 液中，搅匀，静置30min ，装入布氏漏斗（垫有 2 层滤纸）中抽滤，并反复用蒸馏水抽洗至pH 呈中性；再以0.5mol/L HCl 同上操作过程处理，最后以0.5mol/L NaOH 再处理一次，处理完后，将A-50 浸泡于0.1mol/L pH7.4 PBS 中过夜。
2 ．装柱 （ 1 ）将层析柱垂直固定于滴定架上，柱底垫一圆形尼龙纱，出水口接一乳胶或塑料管并关闭开关。 （2 ）将0.1mol/L Tris-HCl(pH7.4) 沿玻璃棒倒入柱中至1/4 高度，再倒入经预处理并以同上缓冲液调成稀糊状的A-50 。待A-50 凝胶沉降2 ～3cm 高时，开启出水口螺旋夹，控制流速1ml/min ，同时连续倒入糊状A-50 凝胶至所需高度。 （ 3 ）关闭出水口，待A-50 凝胶完全沉降后，柱面放一圆形滤纸片，以橡皮塞塞紧柱上口，通过插入橡皮塞之针头及所连接的乳胶或塑料管与洗脱液瓶相连接。 3 ．平衡启开出水口螺旋夹，控制流速 4 滴/min ，使约2 倍床体积的洗脱液流出。并以pH 计与电导仪分别测定洗脱液及流出液之PH 值与离子强度，两者达到一致时关闭出水口，停止平衡。 4 ．加样及洗脱启开上口橡皮塞及下口螺旋夹，使柱中液体缓慢滴出，当柱面液体与柱面相切时，立即关闭出水口，以毛细滴管沿柱壁加入样品（0.5ml 血清，体积应小于床体积的2% ，蛋白浓度以＜100mg 为宜）。松开出水口螺旋夹使面样品缓慢进入柱内，至与柱面
8生物制药工艺学习题集-离子交换法
第八章离子交换法 一、填空题 1、离子交换剂由、和组成。平衡离子带 为阳离子交换树脂，平衡离子带称阴离子交换树脂。 2、常见的离子交换剂有，，等。 3、离子交换树脂的基本要求 有、 、 、 和。 4、影响离子交换选择性的因素主要有、、 、、等。 5、请写出下列离子交换剂的名称和类型：CM-C 的名称是，属于交换纤维素; DEAE-C的名称是，属于
交换纤维素;。 6、色谱聚焦（chromatofocusing）是一种高分辨 的新型的蛋白质纯化技术。它是根 据，结合，能 分离几百毫克蛋白质样品，洗脱峰被聚焦效应浓 缩，分辨率很高，操作简单。 7、写出下列离子交换剂类型： 732 ， 724 ， 717 ， CM-C ,DEAE-C ，PBE94 。 8、在采用多缓冲阴离子交换剂作固定相的离子 交换聚焦色谱过程中，当柱中某位点之pH值下 降到蛋白质组分值以下时，它因带 电荷而，如果柱中有两种蛋白组分， pI值较者会超过另一组分，移动至柱下 部pH较的位点进行。 9、影响离子交换选择性的因素 有、、 、 、。
二、选择题 1、用钠型阳离子交换树脂处理氨基酸时，吸附量很低，这是因为（）A.偶极排斥B.离子竞争C.解离低D.其它 2、在酸性条件下用下列哪种树脂吸附氨基酸有较大的交换容量（） A.羟型阴 B.氯型阴 C.氢型阳 D.钠型阳 3、在尼柯尔斯基方程式中，K值为离子交换常
A.小于平衡离子 B.大于平衡离子 C.等于平衡离子 D.其它 三、名词解释 1、蛇笼树脂： 2、尼柯尔斯基方程式： 3、偶极离子排斥作用： 四、问答题 1、简述离子交换纤维素的特点有哪些？ 2、请以CM-C为例说明离子交换纤维素分离纯化蛋白质时的洗脱方法有哪些？并说出各种方法的洗脱原理。
离子交换层析 1、定义 2、发展 1848年，Thompson等人在研究土壤碱性物质交换过程中发现离子交换现象。本世纪40年代，出现了具有稳定交换特性的聚苯乙烯离子交换树脂。50年代，离子交换层析进入生物化学领域，应用于氨基酸的分析。目前离子交换层析仍是生物化学领域中常用的一种层析方法，广泛的应用于各种生化物质如氨基酸、蛋白、糖类、核苷酸等的分离纯化。常用的离子交换剂有：离子交换纤维素、离子交换葡聚糖和离子交换树脂。 3、基本信息 离子交换层析中，基质是由带有电荷的树脂或纤维素组成。带有正电荷的称之阳离子交换树脂；而带有负电荷的称之阴离子树脂。离子交换层析同样可以用于蛋白质的分离纯化。由于蛋白质也有等电点，当蛋白质处于不同的pH条件下，其带电状况也不同。阴离子交换基质结合带有负电荷的蛋白质，所以这类蛋白质被留在柱子上，然后通过提高洗脱液中的盐浓度等措施，将吸附在柱子上的蛋白质洗脱下来。结合较弱的蛋白质首先被洗脱下来。反之阳离子交换基质结合带有正电荷的蛋白质，结合的蛋白可以通过逐步增加洗脱液中的盐浓度或是提高洗脱液的pH值洗脱下来。 4、具体操作 预处理和装柱 对于离子交换纤维素要用流水洗去少量碎的不易沉淀的颗粒，以保证有较好的均匀度，对于已溶胀好的产品则不必经这一步骤。溶胀的交换剂使用前要用稀酸或稀碱处理，使之成为带H+或OH-的交换剂型。阴离子交换剂常用“碱-酸-碱”处理，使最终转为-OH-型或盐型交换剂；对于阳离子交换剂则用“酸-碱-酸”处理，使最终转为-H-型交换剂。 洗涤好的纤维素使用前必须平衡至所需的pH和离子强度。已平衡的交换剂在装柱前还要减压除气泡。为了避免颗粒大小不等的交换剂在自然沉降时分层，要适当加压装柱，同时使柱床压紧，减少死体积，有利于分辨率的提高。
离子交换的应用领域 1水处理 水处理领域的离子交换树脂需求量很大，约占离子交换树脂产量的90%，用于去除水中的各种阴、阳离子。特别地，离子交换树脂的最大消耗环节是火力发电厂的纯水处理工艺，其次是原子能、半导体和电子工业等，尤其以水的软化为核心功能。水的软化处理是指利用阳离子交换树脂中可交换的阳离子（如、）把水中所含钙、镁离子交换出来的过程。 1.1钠离子交换软化法 钠离子交换软化法是最简单、最常见的一种软化方法，可以去除水中的暂时硬度和永久硬度。适用于原水碱度低，只须进行软化的场合，可用作低压锅炉的给水处理系统。特点包括处理过程中不会产生酸性水、再生剂一般为已获得的食盐、设备和防腐设施简单、水中碱度基本不改变等，但交换水中含盐量会略有增加。 1.2氢离子交换软化法 H型强酸阳离子交换树脂的软化反应式： 由上述反应式可以看出，原水中碳酸盐硬度（暂时硬度）在交换过程中会形成碳酸，因此在软化水的同时能去除碱度；非碳酸盐硬度（永久硬度）在交换过程中除软化外还生成了相应的酸。由于出水为酸性，一般总是与钠离子交换器联合使用，或采取其他措施中和。 1.3氢-钠离子交换脱碱软化法 因强酸性氢-钠离子交换法中氢离子交换器出水含有游离酸，呈酸性；而钠离子交换器出水含碱。这两部分水混合后发生中和反应，产生的可用除二氧化碳器去除。进而既降低了碱度，又除去了硬度。该方法适用于原水硬度高且碱度大的情况，分并联和串联两类。 并联形式是指需要保证最后的出水不呈酸性同时又保留一定的残留碱度时采取的连接方式。这就要求我们必须根据进水水质，适当地调整流经两个不同离子交换器的水量比例。并联形式的氢-钠离子交换脱碱软化法应运而生。其中，氢离子交换器以控制出水漏钠为运行终点。它的优点有出水碱度小、设备费用低且投资少。缺点是再生剂耗量大、对运行控制的精度要求高和酸水系统需要进行
水的净化——离子交换法制备纯水（3学时） 一、实验目的 1．了解蒸馏法和离子交换法制备纯水的基本原理和操作方法。 2．学习离子交换树脂的使用方法。 3．学习蒸馏装置的组装方法。 二、实验原理 离子交换法制备纯水是利用离子交换树脂活性基团上具有离子交换能力的H+和OH－与水中阳、阴离子杂质进行交换，将水中阳、阴离子杂质截留在树脂上，进入水中的H+和OH－重新结合成水而达到纯化水的目的。凡能与阳离子起交换作用的树脂称为阳离子交换树脂，与阴离子起交换作用的树脂称为阴离子交换树脂。 三、实验用品 仪器：250ml锥形瓶3只、烧杯、铁架台、离子交换柱（3支，50ml）、铁架台、试管 药品：铬黑T指示剂、AgNO3（0.1mol·L-1）、HNO3（2mol·L-1）、NH3-NH4Cl缓冲液、BaCl2（0.1mol·L-1）、717#强碱性阴离子交换树脂、732#强酸性阳离子交换树脂 材料：pH试纸、脱脂棉（或玻璃纤维）、乳胶管、螺旋夹 四、实验内容 1、装柱 用两只10mL小烧杯，分别量取再生过的阳离子交换树脂7mL（湿）或阴离子交换树脂约10mL（湿），按照装柱操作要求进行装柱。第1支柱加入1/2柱容积的阳离子交换树脂，在第2支柱加入2/3柱容积的阴离子交换树脂，在第3支柱加入2/3柱容积的阴阳离子混合树脂。装置完毕，按将三个柱进行串联，在串联时同样适用纯水并注意尽量排除连接管内的气泡，以免液柱阻力过大而交换不能畅通，各柱树脂层顶上也塞入少量脱脂棉，即得离子交换净水装置。
2、离子交换与水质检验 依次使原料水流经阳离子交换柱、阴离子交换柱、混合离子交换柱。并依次接收原料水、阳离子交换柱流出水、阴离子交换柱流出水、混合离子交换柱流出水样，进行以下项目检验。（1）用电导率仪测定个样品的电导率。 （2）取各样品水2滴分别放入点滴板的圆穴内，检测钙离子、镁离子、硫酸根离子和氯离子。 结果填表格。 3、再生 按基本操作中所述的方法再生阴离子、阳离子交换树脂。 五、思考题 1．用离子交换法制备纯水的基本原理是什么?本实验操作中要注意哪些? 2、如何筛分混合的阴、阳离子交换树脂 3、电导率仪测定水纯度的根据是什么？ 六、参考文献 北京师范大学无机化学教研室等编，<<无机化学实验>>,2001年，高等教育出版社 （郝桂霞）
离子交换层析实验原理及步骤 离子交换层析实验方法 阴离子交换剂与阳离子交换剂的装柱和层析过程基本相同。交联葡聚糖的预处理只需充分溶胀和平衡，不需要除去细粒碎片和酸碱处理。其他步骤也基本同离子交换纤维素。 1. 剂型的选择 根据蛋白质在所用缓冲液pH值下带电荷的种类选择，如pH高于蛋白质等电点，应选阴离子交换剂，反之应选阳离子交换剂。一般情况下，DEAE-纤维素用于分离酸性蛋白，而CM纤维素用于分离碱性蛋白质。 下面以DEAE-纤维素操作为例，介绍试验方法 2. 膨胀活化 此步的目的在于除去杂质，暴露DEAE-纤维素上的极性基团。DEAE-纤维素的用量则根据柱容积的大小和所需过柱样品的量来决定。一般是1.0g DEAE-纤维素相当于6ml～8ml柱床体积。 表1－4 分离的血清与所需DEAE—纤维素量及其他条件的大致关系 血清样品量（ml） DEAE需用量（g） 选层析柱规格（cm） 选脱液量（ml） 1~2 2 1×25 100~150 5 5 2×12 200~300 10 10 2×20 300~400 20 20 2×37
400~800 称取所需的量，撒于0.5Mol/L NaOH溶液中（1g DEAE—纤维素干粉约需15倍NaOH液），浸泡1h左右，不时搅拌。抽滤（以布氏漏斗加两层滤纸或尼龙纱布抽滤），以蒸馏水洗涤，再抽滤，直至滤液近中性为止，再将纤维素浸泡于0.5Mol/L HCl中1h，同样抽滤液至近中性。再将纤维素浸于0.5Mol/L NaOH液中，同样处理，洗至中性。 3. 平衡 将DEAE—纤维素放入0.0lMol/L pH 7. 4 PB液中（即起始缓冲液），静止1h，不时搅拌，待纤维素下沉后，倾去上清液或抽滤除去洗液，如此反复几次至倾出液体的pH值与加入的PB液的pH值相近时为止。 4. 装柱 层析柱的选择要大小、长度适当。一般而言，柱长和柱直径之比为10∶1～20∶1，柱的内径上下要均匀一致。用前将层析柱在清洁液内浸泡处理24h，然后依次用常水、蒸馏水、起始缓冲液充分洗涤。 装柱时，先剪一块圆形的尼龙纱布（直径与层析柱内径一致），放入层析柱底部。将柱下端连接细塑料管，夹上螺旋夹。把层析柱垂直固定在三角铁架上，倒入起始缓冲液至一半的柱高，除去死区及塑料管内的气泡。再将平衡的DEAE－纤维素糊状物沿管壁倒入柱中。注意不要产生气泡，如有气泡应排除或重装。拧开螺旋夹，使流速至1ml/5min，待缓冲液快接近纤维素面时，继续倒入纤维素糊，同时用玻璃棒搅拌表面层，以免使两次加入的纤维素形成分界层，通过进出缓冲液调节流量，也可通过塑料管的升降来控制，至柱床体积不变为止。剪一圆形滤纸（与柱内径大小一致），从柱的上端轻轻放入，使其沉接于纤维素床表面，以免在加样时打乱纤维素层。装好柱的柱面应该是平整的，无倾斜，整个柱床内无气泡、不分层。继续平衡，使流出液的pH值与流入液的pH值完全一致为止。 5. 上样 要层析的样品首先必须用起始缓冲液（4℃）平衡过夜，中间可换液数次。将柱的上端打开，用吸管将纤维素柱上面的缓冲液吸出，不要吸净，留一薄层液面，以免空气进入。沿管壁缓缓加入样品，注意不要打乱纤维素表层。拧开下端的螺旋夹，使样品进入交换剂中，快要进完时，加1ml～2ml缓冲液冲洗柱壁，随即用多量的洗脱液洗脱。 样品的加量与DEAE—纤维素有一个最适比的关系，超过这个比值，吸附就不完全，直接影响到分离的纯度。经过粗提的—球蛋白50mg～100mg，用干重约4g DEAE－纤维素装柱分离，可获得理想结果。
离子交换树脂 摘要：本文综述了离子交换树脂的发展历史、分类；在各领域的应用、树脂的使用和保管方法及其发展前景等。 关键词：离子交换树脂；分类；应用；保管 1 引言 离子交换树脂是一类带有活性基团的网状结构高分子化合物。在它的分子结构中，一部分为树脂的基体骨架，另一部分为由固定离子和可交换离子组成的活性基团。离子交换树脂具有交换、选择、吸附和催化等功能，在工业高纯水制备、医药卫生、冶金行业、生物工程等领域都得到了广泛的应用。近年来，离子交换树脂无论是从种类、结构还是性能上都出现了很大的变化，其生产和应用也都得到了很大的发展。 我国自20世纪50年代以来开始生产和应用离子交换树脂。经过半个多世纪的发展，国内常规离子交换树脂的制备和应用技术已经较为成熟，水平与国外相当。离子交换树脂主要应用于电力、食品、医药、电子和冶金等行业，随着锅炉给水、饮用水和电子用水等对离子交换出水的纯度要求日益提高，促使常规的离子交换树脂生产和应用技术不断完善，同时催生了许多新型的生产工艺不断涌现，使得离子交换树脂产品升级和技术进步的步伐也日益加快。 2 离子树脂的分类 依据离子交换树脂所带活性基团的性质，离子交换树脂课分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两大类。能与水中阳离子进行交换反应的称为阳离子交换树脂;能与水中的阴离子进行交换反应的称为阴离子交换树脂。根据活性基团上Hˉ和OHˉ电离的强弱程度，又可以分为强酸性阳离子交换树脂和弱酸性阳离子交换树脂，以及强碱性阴离子交换树脂和弱碱性阴离子交换树脂。 2.1强酸性阳离子树脂 这类树脂含有大量的强酸性基团，如磺酸基－SO3H，容易在溶液中离解出H+，故呈强酸性。树脂离解后，本体所含的负电基团，如SO3ˉ，能吸附结合溶液中的其他阳离子。这两个反应使树脂中的H+与溶液中的阳离子互相交换。强酸